DE202012100845U1 - LED-Lampe - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50Cooling arrangements
    • F21V29/70Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

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  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

LED-Lampe aufweisend mindestens eine LED (4) und einen Trägergrundkörper (1), an dem die mindestens eine LED (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED (4) derart am Trägergrundkörper (1) befestigt ist, dass sie in gutem thermischen Kontakt mit dem Trägergrundkörper (1) steht, und der Trägergrundkörper (1) aus einem Blech oder aus einer dünnen Platte aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt ist, wobei der Trägergrundkörper (1) mindestens einen Falz (2) aufweist oder der Trägergrundkörper (1) mindestens ein Strangpressprofil ist, wobei der Trägergrundkörper (1) derart eingerichtet ist, dass er sowohl das Lampengehäuse bildet als auch als Kühlkörper für die mindestens eine LED (4) wirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine LED-Lampe, die kostengünstig herstellbar ist und die eine gute Kühlung der in ihr eingesetzten LEDs gewährleistet, wobei der Kühler und der Lampenkörper eine Einheit bilden.
  • Angesichts steigender Energiepreise gewinnen Energiesparlampen zunehmend an Bedeutung. Während in den letzten Jahren für die Beleuchtung (von Räumen) überwiegend herkömmliche Energiesparlampen (Kompaktleuchtstofflampen) eingesetzt wurden, haben sich LED- und OLED-Module (nachfolgend: LED-Module), die inzwischen mit ausreichend hohen Lichtleistungen und zu akzeptablen Preisen hergestellt werden können, zu einer ernstzunehmenden Konkurrenz entwickelt.
  • LED-Module sind zwar in den Anschaffungskosten teurer (wobei ihr Preis voraussichtlich weiter sinken wird) als Kompaktleuchtstofflampen, sie sind diesen jedoch in vielen Punkten technologisch überlegen. So kann mit LED-Modulen bis zu maximal 89%, mittels Kompaktleuchtstofflampen lediglich maximal 80%, Leistung gegenüber herkömmlichen Glühbirnen eingespart werden. Die angegebene Lebensdauer von LED-Leuchtmitteln beträgt 10.000 bis 30.000 Stunden, die Lebensdauer von Kompaktleuchtstofflampen hingegen nur 3.000 bis 15.000 Stunden, wobei es noch zu beachten gilt, dass, anders als bei LED-Modulen, die angegebene Lebensdauer von Kompaktleuchtstofflampen bei häufigen Schaltvorgängen wesentlich verkürzt wird. Gute Kühlung verlängert die Lebensdauer von LED-Modulen.
  • Kompaktleuchtstofflampen enthalten vergleichsweise große Mengen an Quecksilber. So kann, falls eine Lampe in geschlossenen Räumen zerbricht, die Quecksilberbelastung in der Raumluft auf das 20-fache des Richtwertes von 0,35 μg pro Kubikmeter steigen; Probleme entstehen ebenfalls bei der Entsorgung ausgebrannter Kompaktleuchtstofflampen. LED-Module enthalten keine gasförmigen Schadstoffe.
  • Ein weiterer Vorteil von LED-Modulen besteht darin, dass sie sofort nach dem Einschalten die volle Leuchtstärke abgeben, während die meisten Kompaktleuchtstofflampen hierzu eine längere Aufwärmzeit benötigen. LED-Module ermöglichen zudem gestalterische Vorteile durch eine Modulation mit Frequenz, durch Dimmen und durch Farbänderung (RGB).
  • Anders als bei Kompaktleuchtstofflampen, die Licht über eine großflächige Leuchtschicht erzeugen, findet bei LEDs die Lichterzeugung in einem vergleichsweise kleinen Halbleiterkristall statt, der bei LEDs mit höherer Leistung (sog. high-power-LEDs), gekühlt werden muss, um eine thermische Zerstörung der Halbleiterschicht der LEDs zu vermeiden. Besonders empfindlich sind LED-Cluster, z. B. der Firma Bridgelux, auf engstem Raum, die eine (extrem) hohe Wärmestromdichte bewirken.
  • Aus DE 10 2009 008 096 A1 , WO 2011/011323 A1 und KR 100974358 B1 sind LED-Module bekannt, bei denen die Leuchtdiode bzw. die Leuchtdioden thermisch mit Kühlkörpern verbunden sind, die lamellenartige Kühlrippen aufweisen. Solche mit Kühlkörpern ausgestattete LED-Module sind jedoch vergleichsweise kostenintensiv, folglich sind auch Lampen, die mit solchen LED-Modulen bestückt sind, relativ teuer. Zudem ist mit derartigen Kühlkörpern der üblicherweise gewünschte flache Aufbau einer LED-Leuchte nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LED-Lampe zu finden, die kostengünstig herstellbar ist und die eine gute Kühlung der LEDs, besonders der high-power-LEDs, gewährleistet.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.
  • Nach Maßgabe der Empfindung weist die LED-Lampe mindestens eine LED (üblicherweise jedoch mehrere LEDs) und einen Trägergrundkörper auf, an dem die mindestens eine LED befestigt ist, wobei der Trägergrundkörper aus einem Blech oder aus einer dünnen Platte aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt und derart ausgeführt ist, dass er gleichzeitig das Lampengehäuse bildet und als Kühlkörper für die mindestens eine LED wirkt. Der Trägergrundkörper weist mindestens einen Falz, üblicherweise jedoch mehrere Falze auf. Die mindestens eine LED ist derart am Trägergrundkörper befestigt, dass sie in gutem thermischen Kontakt mit dem Trägergrundkörper steht, der gleichzeitig als Blendschutz dienen kann. Hierzu kann die mindestens eine LED über eine kraftschlüssige, lösbare Verbindung (z. B. durch Verschrauben oder mittels Anpressens durch einen Federbügel) mit dem Trägergrundkörper verbunden sein. Die Wärmeübertragung kann durch den Einsatz von Wärmeleitpaste oder -kleber weiter verbessert werden.
  • Durch Falze im Trägergrundkörper wird, ähnlich wie durch an Kühlkörpern ausgebildete Kühlrippen, die Oberfläche des Trägergrundkörpers vergrößert, und so auf einfach zu realisierende Weise dessen Kühlwirkung erhöht. Beim Einsatz von dünnen Blechen kann durch Falze und Kanalstrukturen ein gesteigerter thermischer Auftrieb (Kamineffekt) erreicht werden; gleichzeitig wird der Grundkörper durch diese Leichtbauweise stabilisiert.
  • Vorzugsweise werden in der erfindungsgemäßen LED-Lampe sog. high-power-LEDs mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 1 W pro LED, z. B. 10 W (bei 3 × 3 Array; 1,1 W pro LED), eingesetzt.
  • Der Trägergrundkörper kann aus nur einem Blech oder nur einer dünnen Platte, z. B. durch ein mindestens einmaliges Falzen bzw. Falten des Blechs/der Platte hergestellt sein (üblicherweise wird mindestens viermal gefalzt), alternativ kann er auch aus einem Strangpressprofil gefertigt sein.
  • Der mindestens eine Falz bzw. die Falze des Trägergrundkörpers reichen in den meisten Ausführungsformen von einer Seite des Trägergrundkörpers zur gegenüberliegenden Seite.
  • Der Trägergrundkörper kann aus einem Material gefertigt sein, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 50 W·m–1·s–1 aufweist; vorzugsweise weist das Material des Trägergrundkörpers eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 200 W·m–1·s–1 auf.
  • Besonders bewährt hat es sich, den Trägergrundkörper aus Metallblech, das z. B. aus Kupfer (Wärmeleitfähigkeit: 401 W·m–1·s–1), Aluminium (99,5%iges Aluminium: 236 W·m–1·s–1) oder Messing (120 W·m–1·s–1) besteht, zu fertigen. Die Bleche lassen sich leicht biegen/falten und weisen eine hohe bis sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Unter ästhetischen Gesichtspunkten ist auch ein Einsatz von Edelstahl (hochlegierte Stähle: ca. 15 W·m–1·s–1) möglich, wobei jedoch die Geometrie des Trägergrundkörpers aus Edelstahl an die verschlechterte Wärmeleitfähigkeit angepasst werden muss (indem z. B. dickere Bleche eingesetzt werden). Ohne Weiteres können verschiedene Materialien kombiniert werden, z. B. Aluminiumbleche und Kunststoffplatten auf einer Schiene aus Edelstahl.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der LED-Lampe weist der Trägergrundkörper eine Basisfläche auf und die mindestens eine LED ist so angeordnet, dass sie von (mindestens) einer Falzlinie verdeckt ist (Blendschutz), wenn ein Beobachter senkrecht auf die Basisfläche der LED-Lampe blickt (bei einer Blickrichtung senkrecht von vorn auf die Basisfläche). Die LED-Lampe wird dabei so installiert (im Anwendungsfall), dass die Grundfläche (im Rahmen der handwerklichen Genauigkeit) parallel zu einer Zimmerwand (oder einer anderen, zum Aufhängen der LED-Lampe geeigneten weitgehend ebenen Fläche) angeordnet ist.
  • Neben den Falzen (dem mindestens einen Falz) kann der Trägergrundkörper der LED-Lampe auch weitere Falze (mindestens einen weiteren Falz) aufweisen, die nicht zum Verdecken von LEDs, sondern ausschließlich zur Vergrößerung der Oberfläche des Trägergrundkörpers dienen. Auf diese Weise kann die Kühlfunktion des Trägergrundkörpers weiter erhöht werden.
  • Des Weiteren kann der Trägergrundkörper mindestens einen Kanal aufweisen, durch den zur Kühlung der am Trägergrundkörper befestigten LEDs ein Wärmeübertragungsmedium, z. B. Wasser oder Luft, geleitet werden kann. Eine solche Lösung bietet sich für Hallenbeleuchtungen und Leuchten über Operationstischen an.
  • Um eine ansprechende Optik des Trägergrundkörpers zu erreichen, kann dieser, z. B. durch Lackieren, farblich gestaltet werden. Auch können vor den Falzen im Trägergrundkörper, hinter denen LEDs angeordnet sind, transluzente Platten oder Schilder, die farblich und grafisch gestaltet sind, angeordnet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Ausführungsbeispielen (mit weiteren Untervarianten) näher erläutert.
  • 1 zeigt eine LED-Lampe, bei der aus am Aluminiumblech bestehenden Trägergrundkörper 1 auf zwei gegenüberliegenden Rändern jeweils zwei Falze 2 so ausgeformt sind, dass die durch die Falze gebildeten Blechabschnitte 3 rechtwinklig zueinander stehen. Die in 2a dargestellte LED-Lampe weist jeweils zwei Falze 2 links und rechts zu einer Mittellinie des Blechstücks, aus dem der Trägergrundkörper 1 geformt ist, auf, wobei die durch die Falze 2 gebildeten Blechabschnitte 3 spitze Winkel einschließen. In 3 ist eine LED-Lampe mit runder Geometrie und mehreren Falzen 2 aufgeführt.
  • Bei allen drei vorgenannten Ausführungsformen sind die LEDs 4 derart im Bereich der Falze 2 angeordnet, dass sie weitgehend (d. h. wenn der Beobachter senkrecht oder in nicht allzu spitzem Winkel auf den Trägergrundkörper blickt) durch Blechabschnitte 3 des Trägergrundkörpers 1 verdeckt sind. Die Leuchtseiten 5 (die Seiten, aus denen das Licht der LEDs emittiert wird) der LEDs 4 sind so angeordnet, dass das von den LEDs 4 emittierte Licht aus der Abdeckung (die durch die Falze 2 gebildete Verdeckung aus Blech) hervorstrahlt.
  • 2b zeigt einen Trägergrundkörper 1 mit zwei Falzen 2, die durch einen rund gebogenen Blechabschnitt 6 verbunden sind, 2c zeigt einen Trägergrundkörper 1, der einen aus Falzen 2 gebildeten Kühlkörper 7 aufweist (im Bereich der zugehörigen Falze 2 sind keine LEDs 4 angeordnet), 2d zeigt einen Trägergrundkörper mit zwei Falzen 2 mit gebogenen Falzlinien (üblicherweise sind die Falzlinien gerade) und 2e zeigt einen Trägergrundkörper 1, der mit einem transluzentem Schild 8 versehen ist.
  • In 4a ist eine LED-Lampe mit einem planaren und in 4b eine LED-Lampe mit einem zylindrischen Trägergrundkörper 1 dargestellt. Die Trägergrundkörper 1 der beiden LED-Lampen sind jeweils mit Kühlkanälen 9 ausgestattet, die mit Wasser durchströmbar sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Trägergrundkörper
    2
    Falz
    3
    Blechabschnitt
    4
    LED
    5
    Leuchtseite der LED
    6
    rund gebogener Blechabschnitt
    7
    Kühlkörper
    8
    transluzentes Schild
    9
    Kühlkanal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009008096 A1 [0007]
    • WO 2011/011323 A1 [0007]
    • KR 100974358 B1 [0007]

Claims (10)

  1. LED-Lampe aufweisend mindestens eine LED (4) und einen Trägergrundkörper (1), an dem die mindestens eine LED (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED (4) derart am Trägergrundkörper (1) befestigt ist, dass sie in gutem thermischen Kontakt mit dem Trägergrundkörper (1) steht, und der Trägergrundkörper (1) aus einem Blech oder aus einer dünnen Platte aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt ist, wobei der Trägergrundkörper (1) mindestens einen Falz (2) aufweist oder der Trägergrundkörper (1) mindestens ein Strangpressprofil ist, wobei der Trägergrundkörper (1) derart eingerichtet ist, dass er sowohl das Lampengehäuse bildet als auch als Kühlkörper für die mindestens eine LED (4) wirkt.
  2. LED-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED (4) eine Leistungsaufnahme von mindestens 1 W aufweist.
  3. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (1) aus einem Blech oder einer dünnen Platte, mittels mindestens einmaligen Falzens hergestellt ist.
  4. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Falz (2) des Trägergrundkörpers (1) von einer Seite des Blechs bzw. der dünnen Platte zu einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite reicht.
  5. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem der Trägergrundkörper (1) gefertigt ist, eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 50 W·m–1·s–1 aufweist.
  6. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (1) aus Metallblech gefertigt ist.
  7. LED-Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper aus Kupfer, Aluminium oder Messing gefertigt ist.
  8. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (1) eine Basisfläche aufweist, die im Anwendungsfall parallel zu einer ebenen Fläche, wie z. B. einer Zimmerwand, angeordnet ist, wobei die mindestens eine LED (4) derart im Bereich mindestens eines Falzes (2) angeordnet ist, dass die LED (4) zumindest aus senkrecht von vorn auf die Basisfläche gerichteter Blickrichtung von dem Trägergrundkörper (1) verdeckt ist.
  9. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (1) neben dem mindestens einen Falz (2) mindestens einen weiteren Falz (2) aufweist, der ausschließlich zur Vergrößerung der Oberfläche des Trägergrundkörpers und zur Verbesserung seiner Kühlfunktion dient.
  10. LED-Lampe nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (1) mindestens einen Kühlkanal (9) aufweist, der so eingerichtet ist, dass, zur Kühlung der am Trägergrundkörper (1) befestigten LEDs, durch den Kühlkanal (9) ein Wärmeübertragungsmedium geleitet werden kann.
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